一種基于主成分分析的空中交通管制模擬仿真異常檢測方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種空中交通管制的技術領域，尤其涉及一種空中交通管制模擬仿真 異常檢測方法和裝置。
【背景技術】
[0002] 為了保證各類飛行活動的安全和有序，空中交通管制服務顯得相當重要?，F(xiàn)代空 中交通管制服務的主要內容是：空中交通管制員依托現(xiàn)代通信、導航、監(jiān)視技術，對所轄航 空器實施管理和控制，協(xié)調和指導其運動路徑和模式，以防止空中航空器與航空器相撞、以 及在機場機動區(qū)內航空器與障礙物相撞，維護和加快空中交通的有序流動。空中交通管制 扇區(qū)是空中交通管制的基本空間單元，一般情況下，為航空器提供空中交通管制服務的空 域被劃設為若干管制扇區(qū)，每個管制扇區(qū)對應一個管制員工作席位。為了保證管制員能夠 高效、準確地控制空域中的航空器有序流動，現(xiàn)有技術中提供一些模擬空中交通管制控制 的模擬仿真裝置和方法。
[0003] 例如，中國專利申請?zhí)枮镃N201410487083. 1的專利申請中公開了一種基于虛擬 管制員的空域仿真方法及其裝置，該方法包括：獲取預設的飛行計劃和航跡沖突規(guī)則及風 條件；若判斷獲知飛行計劃和航跡沖突規(guī)則合法，則獲取航空器性能數(shù)據(jù)；根據(jù)飛行計劃、 風條件及航空器性能數(shù)據(jù)獲得航空器的第一軌跡信息，并檢測是否接收到管制指令；若檢 測到管制指令，則根據(jù)航空器性能數(shù)據(jù)、航跡沖突規(guī)則以及管制指令，獲得航跡沖突統(tǒng)計信 息；若未檢測到管制指令，則根據(jù)航空器性能數(shù)據(jù)、航跡沖突規(guī)則以及第一軌跡信息，獲得 航跡沖突統(tǒng)計信息；從而提高仿真的實時性。
[0004] 但是實際的空域管制中，會出現(xiàn)很多意料不到的問題，僅僅靠現(xiàn)有技術中的模擬 仿真裝置和方法，很難滿足對空中交通管制過程進行全面、綜合仿真、檢測的需求；而且發(fā) 明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術中的模擬仿真方法和裝置并不能提示提示管制 員在仿真過程中的異常錯誤信息。

【發(fā)明內容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術中缺乏能夠對空中交通管制過程進行全面、綜合仿真、檢測和 異常信息提示的技術問題，本發(fā)明提供一種能夠很好地仿真、檢測管制人員操作過程的空 中交通管制模擬仿真異常檢測方法和裝置
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術方案包括：
[0007] -方面，提供一種空中交通管制模擬仿真異常檢測方法，其特征在于，該方法包 括：
[0008] 步驟1 :采集模擬數(shù)據(jù)，通過雷達管制模擬機采集管制員從其上輸入的多種模擬 參數(shù)；所述模擬參數(shù)類型包括管制通行性參數(shù)、管制復雜性參數(shù)、管制安全性參數(shù)、管制經(jīng) 濟性參數(shù)、管制工作負荷參數(shù)；
[0009] 步驟2 :數(shù)據(jù)無量綱化處理，將采集到的模擬參數(shù)進行無量綱化轉換為無量綱化 參數(shù)；
[0010] 步驟3 :對無量綱化參數(shù)進行主成分分析，獲得交通管制綜合指標值；
[0011] 步驟4:對交通管制綜合指標值進行排序，篩選一定范圍的排序結果進行警告提 醒。
[0012] 進一步地，所述管制通行性參數(shù)包括管制員仿真測試的時長、扇區(qū)航行里程、扇區(qū) 航行時間、扇區(qū)交通流密度，所述管制復雜性參數(shù)包括扇區(qū)航空器爬升次數(shù)、扇區(qū)航空器下 降次數(shù)、扇區(qū)航空器改速次數(shù)、扇區(qū)航空器改行次數(shù)，所述管制安全性參數(shù)包括扇區(qū)短期沖 突告警頻率、扇區(qū)最低安全高度告警頻率，所述管制經(jīng)濟性參數(shù)包括扇區(qū)內航空器的排隊 長度、航空器延誤架次率、航空器延誤時間、航空器平均延誤時間，所述管制工作負荷參數(shù) 包括陸空通話信道占用率、陸空通話次數(shù)。
[0013] 進一步地，所述步驟2具體包括：
[0014] 以第i個管制員的交通管制綜合指標值為因變量，記為E1，管制員輸入的多種模 擬參數(shù)共計16項，記自變量為：
[0015] Xi= {x Ji j, j = 1, 2, . . . , 16}
[0016] 第i個管制員的第j項參數(shù)的實際值為& 以多個管制員輸入的多種模擬參數(shù)， 組成樣本集；該樣本集中，管制員的數(shù)量為n，即樣本的數(shù)量為n，其中n>16,模擬參數(shù)量為 16個，構建ηX 16的參數(shù)矩陣X，即：
[0018] 記自變量的無量綱化參數(shù)為：
[0019] Yi= {y i, j, j = I, 2, . . . , 16}
[0020] yu為第i個管制員（樣本）無量綱化處理后的第j項參數(shù)值，I為第j項參數(shù) 的均倡
為第j項參數(shù)的標準差
-則對于正向參數(shù)，
[0021] 對于逆向參數(shù)，先取其倒數(shù)或取負獲得正向化過渡參數(shù)X/ = (X1, j，X2, j，· · ·，Xn, j )艮P :
[0023] 及其均值5'、標準差s/，
[0024] 再進行無量綱化處理，
[0025] 進一步地，所述步驟3具體包括：
[0026] 無量綱化處理后，16項模擬參數(shù)的協(xié)方差矩陣構成相關系數(shù)矩陣，計算相關系數(shù) 矩陣的特征值λ ,并按從大到小排序，第j大的特征值λ ,所對應的特征向量ε ,就是參數(shù) 矩陣X的第i個主成分，因此對于第i個管制員的樣本參數(shù)數(shù)據(jù)的第j個主成分表示為：
[0027] Eli j= Y1X ε j= ε ^1Yljl+ ε ji2ylj2+. . . + ε jil6yljl6, j = I, 2, . . . , 16
[0028] 第j個主成分的貢獻率為：
[0030] 取m個主成分，使累計貢獻率達到80%以上：
[0032] 其中，m是指主成分累計貢獻率達到80%以上時對應的主成分個數(shù)；
[0033] 計算管制員i的交通管制綜合指標值
[0035] 進一步地，所述方法還包括在對所述操作結果進行排序的步驟。
[0036] 進一步地，所述方法還包括對每組模擬參數(shù)計算結果排序后，進行篩選的步驟。
[0037] 進一步地，所述步驟4中的所述排序為按照管制員交通管制綜合指標值從大到小 進行排序，篩選最后的20%進行警告提示。
[0038] 另一方面，本發(fā)明還提供一種空中交通管制模擬仿真異常檢測裝置，其特征在于， 該裝置包括：
[0039] 雷達管制模擬機，用于采集至少一個管制員從其上輸入的多種模擬參數(shù)；
[0040] 數(shù)據(jù)無量綱處理單元，用于將采集到的模擬參數(shù)進行無量綱化轉換；
[0041] 協(xié)方差矩陣運算單元，將所述無量綱化轉換后的參數(shù)進行協(xié)方差矩陣處理；
[0042] 主成分分析單元，用于對每組無量綱化后的模擬參數(shù)對應的主成分依次乘以預定 的因子，然后累加求和；
[0043] 數(shù)據(jù)輸出單元，用于存儲主成分分析單元累加求和后的值對應的管制員操作結 果。
[0044] 采用本發(fā)明提供的上述技術方案，至少可以獲得以下有益效果中的一種：
[0045] 1、將雷達管制模擬機中采集的模擬參數(shù)，進行主成分分析，可以快速地得到每組 數(shù)據(jù)經(jīng)過主成分分析后的綜合指標值，并可以分析每組數(shù)據(jù)是否達到閾值；進一步地，可 以根據(jù)多個管制員操作的綜合指標值排名，將綜合指標值排名最后的若干名標記為異常數(shù) 據(jù)，提供了一種方便供管制員訓練用的空中交通管制模擬仿真異常檢測方法和裝置。
[0046] 2、進一步地，對所述多組參數(shù)進行排序，可